Стриголактоны также помогают корням растений формировать симбиотические отношения с микроорганизмами, которые позволяют растению поглощать питательные вещества из почвы. Эти два фактора привели к заинтересованности сельского хозяйства в использовании стриголактонов для борьбы с ростом сорняков и корневых паразитов, а также для улучшения усвоения питательных веществ.
Эти составы для экструдирования корней небезопасны. Они также стимулируют прорастание ведьминых водорослей и метелок, которые могут привести к гибели целых зерновых культур, что требует тщательных исследований перед коммерческой разработкой.
Ученые все еще изучают физиологические роли, которые играет эта разнообразная группа гормонов в растениях. До недавнего времени производство чистых стриголактонов для научных исследований было трудным и слишком дорогостоящим для использования в сельском хозяйстве.
«Наша работа обеспечивает уникальную платформу для изучения биосинтеза и эволюции стриголактона, а также закладывает основу для разработки процессов микробного биопродукции стриголактона в качестве альтернативного источника», – сказал автор-корреспондент Янран Ли, доцент кафедры химической и экологической инженерии Калифорнийского университета в Риверсайде.
Вместе с соавтором-корреспондентом Кан Чжоу из Национального университета Сингапура Ли руководил группой, которая вставляла гены растений, связанные с производством стриголактона, в обычные пекарские дрожжи и непатогенные бактерии Escherichia coli, которые вместе производили ряд стриголактонов.
Производство стриголактонов из дрожжей оказалось очень сложной задачей. Хотя инженерные дрожжи, как известно, модифицируют предшественник стриголактона, называемый карлактоном, они не могут синтезировать карлактон ни с одним из конкретных генов, используемых исследователями.
«Этот проект стартовал в начале 2018 года, но за более чем 20 месяцев практически не было прогресса. «Контролирующий фермент DWRF27 не работает, как бы мы ни пытались использовать дрожжи», – сказал Ли. «Канг разработал метод микробного консорциума для производства прекурсора таксола в 2015 году, и это вдохновило его на это замечательное сотрудничество."
Команда повернулась к E. coli, которые уже показали способность продуцировать карлактон. Однако производимый им карлактон был нестабильным и не мог быть модифицирован с помощью инженерных E. coli в любые стриголактоны. Группе Ли удалось оптимизировать и стабилизировать прекурсор карлактона.
К их удовольствию, когда дрожжи и бактерии культивировали вместе в одной среде, E. coli и дрожжи работали как одна команда: E. coli производила карлактон, а дрожжи превращали его в различные конечные стриголактонные продукты. Этот метод также произвел достаточно стриголактонов для извлечения и изучения. Используя эту платформу, группа определила функцию нескольких ферментов биосинтеза стриголактона, показав, что сладкий апельсин и виноград могут синтезировать стриголактоны оробанхолового типа.
Команда также разработала метаболизм микробов, чтобы увеличить производство стриголактона втрое до 47 микрограммов на литр, чего достаточно для научных исследований.
Хотя до коммерческого производства стриголактонов еще далеко, новый метод их биосинтеза из дрожжево-бактериального консорциума поможет ученым больше узнать об этой важной группе растительных гормонов, особенно об участвующих ферментах.
Ферменты являются белковыми катализаторами и отвечают за модификацию карлактона дрожжами.
Поскольку карлактон нестабилен, его нельзя купить в коммерческих источниках. В результате многие учёные-растениеводы испытывают трудности с изучением новых ферментов, которые могут работать для преобразования карлактона в стриголактоны.
«Новое совместное культивирование дрожжей и бактерий предоставляет ученым удобный способ завершить такие работы, потому что бактерия вырабатывает карлактон in situ», – сказал Чжоу. «С открытием большего количества ферментов и оптимизацией микробного консорциума мы сможем производить стриголактоны в больших количествах в будущем."
К Ли и Чжоу присоединились в исследовании Шэн У, Анки Чжоу и Алекс Валенсуэла из Калифорнийского университета в Риверсайде; и Сяоцян Ма из Альянса исследований и технологий Сингапура и Массачусетского технологического института. С докладом "Создание бактериально-дрожжевого консорциума по производству стриголактон" можно ознакомиться здесь.